Eica 2016.2 - Industria 4.0

Industria 4.0

Ênio Prates Vasconcelos Filho

03/11/2016

Sobre Mim

Δ Ênio FilhoΔ Profissional

• Engenheiro de Controle e Automação – UnB;• Mestre em Sistemas Mecatrônicos – UnB;• Professor no Instituto Federal de Goiás – IFG

Δ Atuação• Desenvolvedor de projetos na área de #IoT com microcontroladores• Experiência em Hardwares reconfiguráveis (FPGA) e microcontroladores embarcados• Trabalhos intensivos com tecnologia RFID• Membro Fundador do CrazyTechGuys• Membro participante do Gyn Bot

03/11/2016IOT Weekend Brasília

Tópicos

Δ IoT

Δ Visão atual de Indústria

Δ Introdução: Um mundo integrado...

Δ Industria 4.0

Δ Sistemas Físicos Cibernéticos

Δ Fábricas Inteligentes

Δ Internet Industrial das Coisas

Δ Desafios

Δ Implementação da Industria 4.0



“Coisas conectadas, conversando entre si, sem intervenção de humanos”

#IoT (Internet of Things)

Δ Também chamada de IoE(Internet of Everything)

Δ Objetos e aparelhos ligadosa Internet

Δ Informação, estado econtrole sobre objetos

Δ Comunicação entre pessoase dispositivos edispositivos-dispositivos

Δ Carros, Casas, Relógios,Geladeiras (?)...



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25

2013 2014 2015 2020

COISAS CONECTADAS

Bilhões de Coisas Conectadas

Visão atual de Indústria

Δ Atualmente, ainda existe a visão de uma indústria ou de um sistema deprodução como um fim em si mesmo:


INSUMOS

VENDAS

Um mundo integrado...

Δ Imaginemos um cenário em que:

• Existe uma previsão de chuva no fim da safra

• O governo quer aumentar em 10% o estoque de etanol...


Um mundo Integrado...

Δ É prevista uma valorização do açúcar produzido em 3%



Δ Porém...• O fornecedor não tem insumo para atender o pico de produção



Δ E...• Dois motores e dois inversores importantes para a produção tem

manutenção agendada...



Δ O que fazer?• Diante de um cenário, com diversas informações entrelaçadas, como agir?

• É possível manter os paradigmas estabelecidos?

• Quais mudanças são necessárias?


Um mundo Integrado... Em ação!

Δ Fica clara a necessidade de um sistema integrado, capaz de enxergar asdiversas variáveis do processo, em busca de uma ação eficiente!


Um mundo Integrado... Em ação!

Δ Uma indústria inteligente• Com um sistema de controle inteligente...

Δ Capaz de realizar:• Setup das variáveis de controle de produção

• Ajustes na produção para fugir da chuva

• Aumento do contrato com o governo

• Direcionamento de produção para açúcar

• Compra de insumos com fornecedor alternativo...

Essa é a Industria 4.0!


Revolução Industrial


Industria 4.0

Δ É um conceito de indústria proposto recentemente e que engloba asprincipais inovações tecnológicas dos campos de automação, controle etecnologia da informação, aplicadas aos processos de manufatura.

Δ A partir de Sistemas Cyber-Físicos, Internet das Coisas e Internet dosServiços, os processos de produção tendem a se tornar cada vez maiseficientes, autônomos e customizáveis.


Industria 4.0

Δ Momento de inversão de quem “puxa” atecnologia

Δ A IOT estendendo-se muito além do nívelde gadgets de acesso...

Δ Industrias de material pesado, como óleo,gás, logística, mineração começam ainvestir em tecnologias de integração decomunicação de linhas e meios deprodução


Industria 4.0

Δ Através da conexão de máquinas, sistemas e ativos, as empresaspoderão criar redes inteligentes ao longo de toda a cadeia de valor quepodem controlar os módulos da produção de forma autônoma.

Δ Ou seja, as fábricas inteligentes terão a capacidade e autonomia paraagendar manutenções, prever falhas nos processos e se adaptar aosrequisitos e mudanças não planejadas na produção.


Industria 4.0

Δ Linhas de montagem e produtos devem se comunicar e trabalhar emconjunto ao longo do processo de fabricação, independentemente dolocal.

Δ As informações devem ser trocadas de forma instantânea, e a coleta dedados permitirá a tomada das melhores decisões


Princípios da Indústria 4.0

Δ Capacidade de operação em tempo real

Δ Descentralização


Princípios da Indústria 4.0

Δ Virtualização• Cópia virtual das fabricas inteligentes.

• Permitindo a rastreabilidade e monitoramento remoto de todos osprocessos por meio dos inúmeros sensores espalhados ao longo da planta.

Δ Modularidade• Produção de acordo com a demanda, acoplamento e desacoplamento de

módulos na produção.

• O que oferece flexibilidade para alterar as tarefas das máquinasfacilmente.


Bases da Industria 4.0

Δ Surgem os dispositivos e sistemas capazes de atender essa novademanda por integração, comunicação e resposta em tempo real pedidapelos novos processor produtivos.

Δ São os Sistemas Físicos Cibernéticos.


Sistemas Físicos Cibernéticos (CPS)

Δ Do original Cyber Physical Systems

Δ São sistemas de controle distribuídos e inteligentes com característicashíbridas sendo elas físicas, digitais e virtuais.

Δ Estes sistemas são organizados em módulos ou unidades com elevadograu de autonomia e inteligência compondo redes também inteligentes.

Δ A composição ou configuração dessas redes são denominadas fábricasinteligentes (smart factories).


Sistemas Físicos Cibernéticos (CPS)

Δ Os CPS são sistemas que permitem a ligação das operações da realidadefísica com infraestruturas de computação e comunicação automatizada.

Δ Ao contrário de sistemas embarcados tradicionais, que são concebidoscomo dispositivos autônomos, o foco em CPS está na interconexão darede de vários dispositivos.

Δ A ideia de CPS acompanha a tendência de ter informações e serviços emtodas as partes, o que é inevitável no mundo altamente conectado dehoje.


Fábricas Inteligentes (Smart Factories)

Δ Nesse novo momento de revolução industrial, surge um novo conceitode fábrica.

Δ Uma indústria mais ágil, diretamente conectada com tudo que acontecea sua volta, capaz de antecipar situações e propor respostas melhorespara os desafios encontrados.



Δ Através de alta capacidade de processamento e comunicação instalada,as unidades de produção são auto-suficientes e capazes de reorganizar-se frente a mudanças de produtos e processos.

Δ Essas unidades são aptas a atuar em conjunto ou de formaindependente.

Δ Tem acesso a toda informação necessária em tempo real ou podemobtê-la de forma imediata.

Δ Suas características intrínsecas de software permitem autoconfiguração, otimização e expansão sem intervenções físicas ou deengenharia.



Δ Esses sistemas agregam elementos de inteligência artificial e trabalhamutilizando imagens virtuais em todas as fases da produção.

Δ São capazes de gerenciar características e configurações dos produtosem transito nas linhas, incrementando o valor na cadeia produtiva debens e serviços representando e atuando sempre sobre o estado atual ereal do produto e processo.



Δ Os produtos também são inteligentes (agregando sensores emicroprocessadores) e se comunicam em rede e uns com os outrosatravés da Internet das coisas (IoT);

Δ Respondem a eventos internos e externos apresentandocomportamento aprendido e baseado em padrões.


Internet Industrial das Coisas (IIOT)

Δ Temos em mãos um cenário demudança, onde a Internet das Coisasavança sobre a indústria, quebrandoparadigmas de linguagens e sistemasfechados, permitindo o máximopossível de integração.

Δ Os sistemas existentes são interligadose baseados na Internet padrão eaberta, Ethernet e outras tecnologiasrelacionadas à nuvem, que visamgarantir o acesso seguro aosdispositivos e informações.



Δ Essa conexão intensa entre todos os itens na cadeia de produçãodemanda algumas bases:• Gestão de ativos e de desempenho:

oControle em tempo real de resultados e situações;

• Disponibilidade de dados aumentadaoAcesso aos dados de qualquer plataforma, de maneira rápida

• Controle empresarial inteligenteo Integração de máquinas inteligentes e ativos inteligentes existentes na

produção com a empresa como um todo, contribuindo para uma flexibilidadee eficiência maior na rentabilidade dos processos de manufatura.



Δ Tecnologias de comunicação e monitoramento:• Protocolos de dados cada vez mais simples e eficientes;

• Uso de sensores inteligentes, em todas as posições necessárias;

• Aplicações de tecnologias como RFID, BLE e GPS, para rastreamento locale distribuído, bem como para gestão de ativos.


Novos Caminhos

Δ A interação entre TI e as tecnologias de automação representam árduodesafio a muito tempo.• Sua infraestrutura em forma de pirâmide está consolidada.

Δ Com o advento da indústria 4.0 os níveis superiores ERP e MEScomunicam-se diretamente com os níveis inferiores.• É possível por exemplo solicitar dados de estado do CLP ou processo e

transferir novas receitas de produção diretamente para o nível deprodução.


Novos Caminhos

Δ Com a Indústria 4.0 esta divisão em níveis e a abordagem top-down do fluxo de informações começará a se dissolver e misturar-se.

Δ Em uma rede inteligente, cada dispositivo ou serviço pode iniciar uma atividade autonomamente em comunicação com os outros serviços ou departamentos da empresa como por exemplo para disparar uma ordem de produção.


Mas... Isso já existe?

Δ Grandes indústrias já começam com esse movimento, inclusive noBrasil:



Lá fora:

Δ Accenture, 2016: “O valor gerado pela IIOTalcançará $ 15 trilhões até 2030”

Δ Frank Gillett, Forrester Research: “O que asempresas estão buscando é repensar seusprodutos. Não basta colocar um sensor em umcompressor. É necessário que a empresa repensea forma de vender o compressor e passar aoferecer ao consumidor um modelo pay-for-use,baseado em dados e na análise que pode serfeita”



Δ Bombas de ar e água Inteligentes

Δ Treinamento de Funcionários em aplicações emtablets

Δ Mineração de dados em tempo real,monitoramento de previsão de falhasremotamente

Δ Redução de tempos de parada e de quebra em 10a 12%



Δ Provedora líder mundial de mercado de soluções de rede wireless,lançou (13/09/2016) o cnReach, um rádio de banda estreita paratransmissões altamente confiáveis e seguras de longa distância;

Δ Especialmente para aplicações nos setores de petróleo e gás,companhias de eletricidade e água, ferroviário, transporte emineração.


Desafios

Δ Consideráveis esforços são necessários para uma implantação bemsucedida da Industria 4,0.

Δ Entretanto, tais exigências variam grandemente de caso a caso.

Δ A fim de reduzir a complexidade, permitir modularização, organizaçãoabrangente, ampla padronização, e estrutura sistêmica, umadigitalização coerente é imprescindível, sendo a base desta novaindústria


Desafios da Indústria 4.0

Δ Tecnologia de comunicação universal (neutra) e independente

Δ Escalabilidade(interoperabilidade) para a integração

Δ Segurança

Δ Transporte e troca de dados através de protocolos padronizados

Δ Mapeamento de conteúdos de informação com qualquer grau decomplexidade

Δ Função "Plug-and-produce“


Implementação da Industria 4.0

Δ John Deere

Δ Integrado com a IBM

Δ Explorar o potencial da Industria 4.0 junto com a organização de chãode fábrica já existente

Δ Desafios:• Aumentar o número de produtos produzidos, aumentando a complexidade

da produção;

• Demanda flutuante de consumo

• Menor ciclo de vida de produto

• Gestão da cadeia de suprimentos



1ª Etapa: Construir um “papel” digital para gerenciamento das demandas

Δ Solução:• Integração de sistemas (ordens digitais)

• Sistema de planejamento de pedidos

• Identificação automática de pedidos

• Entrega automatizada de pedidos para produção

• Feedback via sistema

• Controle do sistema via tablets

Δ Tecnologias:

• Identificação de ordens via RFID

• CPS – Leitor de tags RFID

• Plataforma de integração

• Sistema de assistência a produção



2ª Etapa: Sistema de assistência a produção

Δ Solução:• Identificação do funcionário via cartão

• Guia das ações passo-a-passo

• Qualificação dos funcionários

• Ferramentas de feedback online

• Automação do sistema de detecção de falhas

• Informações adicionais através de Wearable devices

Δ Tecnologias:

• Smart Cards (Identificação);

• Sistema de assistência

• RFID




3ª Etapa: Perceber e Agir

Δ Solução:• Identificação de pedidos via RFID

• Interconexão entre máquinas e/ou dispositivos e chão de fábrica via CPS

• Plataforma de integração (data Hub)o Integração de ERP com sistemas de baixo nível

• Definição de regras independentes de ação (flexíveis)o Regras podem ser aplicadas até o nível dos dispositivos

Δ Tecnologias:

• RFID / RTLS (identificação e localização)

• CPS (transferência de dados dos sensores: Tags RFID, Estado das máquinas, manutenções...)




3ª Etapa: Perceber e Agir


Concluindo...

Δ O que se espera do advento da Industria 4.0...


Δ Maior Eficiência

Δ Menor custo

Δ Rapidez

Δ Preservação do meio ambiente (produção inteligente)

Δ Maior disponibilidade

Δ Integração

Dúvidas?

[email protected]

Obrigado a Todos!

03/11/2016 IOT Weekend Brasília

Referências:• Deploying RFID - Challenges, Solutions, and Open Issues", book edited by Cristina Turcu, ISBN 978-953-307-380-4,

Published: August 17, 2011 under CC BY-NC-SA 3.0 license.• http://www.automacaoindustrial.info/industria-4-0-uma-visao-da-automacao-industrial• Hung-An Kao Jay Lee, Behrad Bagheri. A cyber-physical systems architecture for industry 4.0-based manufacturing

systems. ScienceDirect, 2015.• F Shrouf, J Ordieres, and G Miragliotta. Smart factories in industry 4.0: A review of the concept and of energy

management approached in production based on the internet of things paradigm. In Industrial Engineering and Engineering Management (IEEM), 2014 IEEE International Conference on, pages 697–701. IEEE, 2014.

• https://www-304.ibm.com/events/tools/interconnect/2016ems/REST/presentations/PDF/InterConnect2016_1648.pdf

• Burke, Thomas J. - OPC Unified Architecture: Interoperability for Industrie 4.0 and the Internet of Things• http://www.slideshare.net/AlexisGion/outthink-complexity-with-industrie-40-with-watson-iot

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